硬脂酸对气溶胶灭火剂包覆改善吸湿性的研究.pdf

2 0 1 3 年6 月硬脂酸对气溶胶灭火剂包覆改善吸湿性的研究占必文等 2 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 0 6 硬脂酸对气溶胶灭火剂包覆改善吸湿性的研究睾 占必文①黄寅生②赵宇②汪芳② ①贵州久联民爆器材发展股份有限公司 贵州贵阳，5 5 0 0 0 1 爹南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要]文章用硬脂酸对气溶胶灭火剂进行包覆，采用吸湿增量、剩余增量及扫描电镜表征了包覆之后的灭火 剂的效果，并与包覆前的效果进行了对比。通过测试发现用硬脂酸包覆后的气溶胶灭火剂，其吸湿增量在温度为 2 0 。C ，相对湿度为9 2 ．5 ％条件下，药剂的质量增加不超过2 ％，剩余增量也明显减小，通过扫描电镜S E M 测试，包覆 后的灭火剂结块小，且均匀分布，对气溶胶灭火刺的燃烧性能没有影响。 [ 关键词]吸湿性硬脂酸吸湿增量剩余增量 [ 分类号] T Q 5 6 9 T J 5 3 3 引言 近几年，气溶胶灭火剂凭着较高的灭火效率和 对环境的友好关系，被广泛地应用⋯。但是由于气 溶胶灭火剂的灭火装置使用周期长且所使用的环境 复杂程度不同，使得气溶胶发生剂的吸湿率不仅对 灭火装置有影响，而且会使自身吸湿受潮而影响灭 火效能，甚至导致失效旧J 。 2 0 0 2 年，刘艳平一。等人主要研究了温度对气溶 胶灭火剂的吸湿性的影响，得出了温度升高，吸湿率 减少的结论。2 0 0 5 年，陈智慧【4 1 等人对气溶胶灭火 剂进行包覆，从而抑制气溶胶颗粒的吸湿，使得颗粒 表面有了很大的改变。2 0 0 6 年，姜红b 1 研究了环境 的湿度对灭火剂吸湿性能的影响，研究发现在恒定 温度时，随着环境相对湿度的增加，吸湿率会不断升 高。O t a n i 和H a n s s o n l 6 ‘7o 等研究了有机化合物对带 有N a C l 气溶胶灭火剂的吸湿性影响，研究发现在 一定湿度环境下，有机物的包覆作用降低了N a C l 物 质的吸水性能。 本文利用吸湿实验来定量描述灭火剂的吸湿 性。气溶胶灭火剂吸湿性的大小与其组成原料的成 分、灭火剂的压药密度以及空气的湿度有很大的关 系。文献[ 8 ] 对气溶胶灭火剂的喷射时间、灭火时 间、灭火能力、残渣率等性能参数做了研究测试，找 到了合适的原料和配方，本文主要对所选11 。和1 3 。 配方做吸湿性测试实验，以便于更好地贮存和运输。 1 气溶胶灭火剂的制备及其吸湿性测试 1 ．1 实验试剂 自制灭火剂旧J 、丙酮、硬脂酸。 1 ．2 硬脂酸包覆气溶胶灭火剂的制备 采用液相包覆法对灭火剂进行包覆处理，其中， 液相包覆法是指用合适的溶剂将需要改性的物质配 成溶液，把包覆剂加入其中，待溶液挥发，得到防吸 湿的药剂po 。 取灭火剂试剂1 0 9 、硬脂酸0 ．0 4 9 占药剂的 0 ．4 ％ 用1 ．5 ～2 ．O m L 丙酮溶液进行溶解，将改性 后的药剂放入真空干燥器中，每1 2h 取出搅拌一 次，4 8h 将物料取出。干燥后测相关的性能。 1 ．3 气溶胶灭火剂的吸湿性 吸湿性实验根据已制定的企业标准 Q ／ Z F 4 2 6 ．8 3 为依据。实验周期为1 0 d ，温度为 2 0 ℃，相对湿度为9 2 ．5 ％，实验所用的湿度器为内 径2 0 0 r a m 的盛有4 0 0 m L 的K N O ，饱和溶液的干燥 器，隔板上放上灭火剂试样，试样质量为1 0 9 ，精确 至0 ．0 0 0 1 9 ，放在称量瓶中，称量试样之前，先将称 量瓶放在 4 5 1 o C 的烘箱内烘至恒重，再将盛放 试样的称量瓶放在 4 5 1 ℃的烘箱内烘至恒重， 加盖密封 干燥器口部涂上凡士林 。每2 4 h 取出 实验装置称量一次，测定吸湿增量，每种试样称取3 个放在干燥器中，取平均值。l O d 后，取出全部试样 装置，放在 4 5 1 o C 的烘箱内烘至恒重，测出剩余 增量。 仃一 吸湿增量 ∑1 0 0 ％ 米收稿日期2 0 1 2 ．1 2 - 1 7 作者简介占必文 1 9 5 5 ～ ，男，高级工程师，主要从事民用爆破器材研究、应用与管理 通信作者黄寅生 1 9 6 2 ～ ，男，教授，博导，主要从事军事化学与烟火技术的研究。E - m a i l h u a n g y i n s h e n g s i n a ．t o m 万方数据 2 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第3 期 剩余增量型1 0 0 ％ 口 式中c ／i 为 称量瓶 试样 经过不同吸湿时间后的 总质量，g ；i 为1 ，2 ，3 1 0 ，d ；b 为 称量瓶 试样 吸湿前烘干至恒重的总质量，g ；8 ’为 称量瓶 试 样 经l O d 吸湿后烘干至恒重的总质量，g ；口为试样 吸湿前烘干至恒重的质量，g 。 1 ．3 ．1 实验条件及设备 实验条件温度为2 0 ℃、相对湿度为9 2 ．5 ％ 采 用饱和溶液法 。 实验设备称量天平 精确至0 ．0 0 0 1 9 ；真空干 燥器；称量瓶；内径为2 0 0 m L 的干燥器；德国 1 5 3 0 V P 型扫描电镜 S E M 。 1 ．3 ．2 实验步骤 选取1 18 和1 3 4 配方 表1 ，在已恒重的称量瓶 中，分别称取11 。和1 3 4 配方的灭火剂的质量各为 1 0 9 ，精确至0 ．0 0 0 1 9 ，每个配方称取2 份，其中1 份 分别用硬脂酸来进行包覆，每种配方分别称取3 份， 分别放在3 个称量瓶中，然后将这1 2 个称好的称量 瓶免盖放在真空干燥器中干燥1 h 后，取出分别称取 称量瓶和灭火剂的总质量，然后把称量瓶加盖放置 于内径为2 0 0 m m 的盛有4 0 0 m L 的K N O ，饱和溶液 的干燥器中，每2 4 h 称量一次，连续称取1 0 d ，分别 记录下实验的吸湿增量，1 0 d 后，取出全部试样装 置，放在 4 54 - 1 ℃的烘箱内烘至恒重，测出剩余增 量。 1 ．3 ．3 实验结果 按上述的步骤进行之后，记录实验数据，其吸湿 增量和剩余增量分别如表2 至表5 所示。 以吸湿增量和剩余增量为纵坐标，以吸湿时间 和干燥时间为横坐标，做曲线，如图1 和图2 所示。 希特洛夫斯基指出0 。把样品试剂放在温度为 表1 1 14 和1 3 ”配方 质量比 T a b ．1 11 ”a n d1 3 。f o r m u l a m a s sr a t i o 1 1 。0 ．7 71 ．0 51 ．2 41 ．3 91 ．6 11 ．7 11 ．8 41 ．9 22 ．0 02 ．1 5 1 3 4 0 ．3 2 0 ．5 40 ．6 8 0 ．8 10 ．9 21 ．0 l1 ．1 71 ．2 71 ．3 41 ．4 3 万方数据 2 0 1 3 年6 月硬脂酸对气溶胶灭火剂包覆改善吸湿性的研究占必文等 2 7 图l 吸湿增量与吸湿时间的关系 F i g ．1 C u r v e so fh y g r o s c o p i ci n c r e m e n tV 8t i m e 2 ．0 1 ．8 I6 享I 4 毒1 ．2 鍪1 ．0 08 睁0 ．6 O ．4 0 ．2 0 图2 剩余增量与干燥时间的关系 F i g ．2 C u r v e so fr e s i d u a li n c r e m e n tv st i m e 2 0 ℃和相对湿度为1 0 0 ％的湿度器中l O d 后，样品 试剂的质量增加不高于2 ％，则认为样品试剂是完 全合格的。 由图1 所示，1 14 和1 3 4 在未包覆前，吸湿增量在 一定的吸湿时间内稍高于2 ％，在工程应用中，综合 考虑的话是可以接受的；而包覆后的吸湿增量明显 地降低，这样使得灭火剂有更好的贮存性能。图2 显示的是剩余增量与干燥时间的关系，剩余增量在 包覆之后，降低的程度明显减小，在某个干燥时间之 后会保持恒定不变。 另外，通过做一些扫描电镜S E M ，可以清晰地 看出未包覆之前的灭火剂和包覆之后灭火剂的结块 情况。由图3 至图6 可以清晰地看出包覆前的灭 火剂由于吸湿结块严重，粒径明显很大，而经过包覆 图3 包覆前1 l 。配方的电镜图 F i g ．3 S E Mp h o t o g r a p ho f11 4f o r m u l ab e f o r e c o a t i n g 图4 包覆后1 l 。配方的电镜图 F i g ．4 S E Mp h o t o g r a p ho fc o a t e d11 。f o r m u l a 图5 包覆前1 3 。配方的电镜图 F i g ．5 S E Mp h o t o g r a p ho f1 3 4f o r m u l ab e f o r ec o a t i n g 图6 包覆后1 3 8 配方的电镜图 F i g ．6S E Mp h o t o g r a p ho fc o a t e d1 3 4f o r m u l a 之后，灭火剂结块小，比较分散。 2 灭火剂燃烧性能的测试 称取未包覆和包覆的1l 。、1 3 。配方各1 0 9 ，对2 种配方做对比实验，每种配方称取3 份，点燃，记录 其燃烧性能参数产烟量、喷射时间、残渣率等，取数 据的平均值。 通过表6 灭火剂的燃烧性能实验可以看出包 覆之后的灭火剂与未包覆的灭火剂相比，对燃烧性 能没有太大的影响，不会改变其产烟量、残渣形状及 残渣率，而且包覆后的喷射时间短，这是因为包覆剂 硬脂酸能够吸附水分，使灭火剂具有很好的抗吸湿 性，能够更好地燃烧，但由于误差的存在，在工程实 验中可以认为包覆剂不会影响灭火剂的燃烧性能。 万方数据 2 8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 2 卷第3 期 表6 燃烧性能测试实验 T a b ．6T e s to fc o m b u s t i o np e r f o r m a n c e 3 结论 用防吸湿剂硬脂酸进行包覆的气溶胶灭火剂， 与未包覆的灭火剂相比，有以下几个特点 1 包覆后的气溶胶灭火剂的吸湿增量和剩余 增量明显降低，且经过1 0 d 后，吸湿增量低于2 ％， 符合灭火剂吸湿性能的要求； 2 包覆后的气溶胶灭火剂其分散性能好、结块 小、易于贮存； 3 包覆后的气溶胶灭火剂，其燃烧性能变化不 大，对灭火剂的性能参数基本无影响。 参考文献 [ 1 ] 石峥嵘．气溶胶灭火系统的特点及应用[ J ] ．消防科学 与技术，2 0 0 0 3 3 8 - 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t i o nd e s i g n [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 1 2 ，4 1 4 3 3 - 3 6 ． [ 9 ]王伟．固体推进剂用氧化剂防吸湿一防结块技术研究 [ D ] ．南京南京理工大学，2 0 0 8 1 6 1 7 ． W a n gW e i ．Ar e s e a r c ho ns o l i dp r o p e l l a n tw i t ho x i d a n t m o i s t u r e p r o o fa n t i c a k i n gt e c h n o l o g y [ D ] ．N a n j i n g N a n - j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 8 1 6 1 7 ． [ 1 0 ] 希特洛夫斯基．烟火学原理[ M ] ．诸葛嵩，沈玉华， 译．北京国防工业出版社，1 9 5 8 1 3 1 1 3 2 ． R e s e a r c ho nt h eM o i s t u r eA b s o r p t i o nI m p r o v e m e n t o fA e r o g e lE x t i n g u i s h e rb yS t e a r i cA c i dC o a t i n g Z H A NB i w e n ①，H U A N GY i n s h e n g ②，Z H A OY u ②，W A N GF a n g ② 重 G u i z h o uJ i u l i a nI n d u s t r i a lE x p l o s i v eM a t e r i a l sD e v e l o p m e n tC o ．，L t d ． G u i z h o uG u i y a n g ，5 5 0 0 0 1 S e h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] I nt h i sp a p e r ，s t e a r i ca c i dw a su s e dt oc o a to na e r o s o lf i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n t ．H y g r o s c o p i ci n c r e m e n t ， r e s i d u a li n c r e m e n ta n ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yw e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h ee f f e c t i v e n e s so ft h ec o a t e df i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n t ，i nc o m p a r i s o nw i t ht h er e s u l t sb e f o r ec o a t i n g ．A c c o r d i n gt ot h et e s t i n gr e s u l t s ，t h ei n c r e m e n to ft h ec o a t e da e r o s o lf i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n ti sl e s st h a n2 ％a n dt h er e s i d u a li n c r e m e n ti ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e da t2 0 。Ca n dt h er e l a t i v eh u m i d i t yo f9 2 ．5 ％．T h eS E Mr e s u l t ss h o wt h a tt h ea g g l o m e r a t e so ft h ec o a t e df i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n ta r es m a l la n du n i f o r m l y d i s t r i b u t e d ，w h i c hh a v en oe f f e c to nt h ef l a m m a b i l i t yo ft h ea e r o s o lf i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n t ． [ K E YW O R D S ] h y g r o s c o p i c i t y ，s t e a r i ca c i d ，h y g r o s c o p i ci n c r e m e n t a l ，r e s i d u a li n c r e m e n t a l 万方数据